усилитель мощности
Классы МПК: | H03F3/217 усилители мощности класса D; коммутационные усилители |
Автор(ы): | Соколов Э.Г. |
Патентообладатель(и): | Соколов Эдуард Георгиевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-03-26 публикация патента:
30.10.1994 |
Использование: в качестве усилителя и генератора. Сущность изобретения: в целях уменьшения помех, уменьшения коэффициента гармоник, увеличения полосы пропускания, уменьшения тепловых потерь в усилителе мощности, образованном двумя параллельными каналами: один - на усилителе с широтно - импульсной модуляцией, на выходе которого включен индуктивный выходной фильтр, а другой - на линейном усилителе, выход последнего подключен к точке соединения выходного фильтра и нагрузки. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий первый сумматор, первый вход которого является входом усилителя мощности, второй вход соединен с выходом цепи отрицательной обратной связи по напряжению, а выход - с входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входами управления первого и второго транзисторных ключей, первые выводы которых подключены к соответствующим шинам двухполярного источника питания, а вторые выводы соединены и через выходной фильтр подключены к нагрузке, а также последовательно соединенные второй сумматор и первый и второй транзисторы с отрицательной обратной связью по напряжению с точки соединения выходных электродов первого и второго транзисторов на первый вход второго сумматора и образующие линейный усилитель, при этом второй вход второго сумматора соединен с первым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсации напряжения на нагрузке расширения полосы пропускания и уменьшения тепловых потерь, точка соединения выходных электродов первого и второго транзисторов подключена к точке соединения выходного фильтра и нагрузки, точка соединения вторых выводов первого и второго транзисторных ключей соединена с входом цепи отрицательной обратной связи по напряжению, выполненной на фильтре нижних частот.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве усилителя и генератора. Целью изобретения является уменьшение пульсаций напряжения на нагрузке, увеличение полосы пропускания, уменьшение тепловых потерь. На чертеже представлена структурная электрическая схема усилителя мощности. Он содержит первый и второй транзисторные ключи 1, 2, выходной фильтр 3, первый и второй транзисторы 4, 5, нагрузку 6, двухполярный источник 7 питания, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 8, первый сумматор 9, цепь отрицательной обратной связи (ООС) 10, второй сумматор 11. Усилитель работает следующим образом. Сигнал задания подается на вход суммирующего усилителя 9, образующего совместно с ключами 1, 2, фильтром 10 и ШИМ 8 усилитель с обратной связью по напряжению, при этом среднее значение напряжения в общей точке ключей 1, 2 равно заданному. Пульсации ШИМа сглаживаются фильтром 3 и окончательно сглаживаются транзисторами 4, 5, которые из-за наличия ООС также поддерживают на нагрузке 6 заданный потенциал. При этом из-за равенства коэффициентов, усиления по напряжению канала ШИМ и канала линейного усиления низкочастотные составляющие потенциалов общих точек ключей 1, 2 и транзисторов 4, 5 равны. Потери их на транзисторах 4, 5 определяются следующим образом. Допустим, что Uзад - заданный уровень напряжения на нагрузке. При этом усредненное значение напряжения в общей точке ключей 1, 2 будет связано с ним формулойUус1,2= Uзад=
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022034/964.gif)
Т1 - длительность положительного периода;
Т2 - длительность отрицательного периода;
Апит - напряжение двуполярного источника питания. Учитывая, что Т2 = -Т1 получаем выражение для Т1;
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/932.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-2t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022003/916.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-3t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-4t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-5t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022003/916.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-6t.gif)
U1T = Aпит - Uзад,
U2T = Aпит + Uзад, определим мощность, выделяемую при компенсации тока пульсации в фильтре 3. Считая среднее значение тока пульсации через транзистор равным
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022003/916.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022003/916.gif)
P4,5 = 2Aпит
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-7t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-8t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-9t.gif)
Сравним эффективность различных способов улучшения характеристик преобразователей (в частности, по коэффициенту гармонии). Например, требуется снизить коэффициент гармонии полумостового преобразователя, собранного на транзисторах КТ834А с частотой ШИМ - 10 кГц, питанием
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022011/177.gif)
P
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022053/8776.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-10t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-11t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
При достижении пульсации 0,3% путем увеличения частоты ШИМ мощность потерь увеличится до 30 Вт. В предложенном устройстве максимальная мощность, выделяемая на дополнительных транзисторах, составит
P4,5= 2Aпит
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-12t.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022003/916.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022015/183.gif)
![усилитель мощности, патент № 2022450](/images/patents/451/2022450/2022450-13t.gif)
при уменьшении пульсации на несколько порядков. Уровень помех в этом случае также будет в несколько раз ниже за счет сохранения частоты ШИМ. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить индуктивность фильтра и увеличить полосу пропускания.
Класс H03F3/217 усилители мощности класса D; коммутационные усилители